Calcular a sombra na Terra de um grande disco orbital


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Como calcular a sombra na Terra de um grande disco orbital (órbita baixa)?insira a descrição da imagem aqui


Para alguém que deseja explicar a matemática, fiz os cálculos aproximados para metade do problema: a umbra na superfície da Terra deve ter ~ 9,25 km de diâmetro, assumindo que a curvatura da Terra seja insignificante (que é uma suposição). realmente não deveria estar fazendo).
— Cloudy7

Respostas:


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Pode ser mais fácil usar triângulos semelhantes .

Rdb=Rsuma

Rs é 696.000 km e Rd é de 5 km. uma tem cerca de 150.000.000 km e c é 80 km.

O menor triângulo é usado a seguir:

rb-c=Rsuma

Resolva para re você obtém

r=Rd-Rscuma=4.63 km.

Dígitos extras não são úteis porque o diâmetro exato do Sol depende de como você o define e a distância do Sol à Terra varia quase +/- 2%.

Rs/umaé de cerca de 0,00464 e esse também é o meio ângulo do Sol em radianos. Converta-o em graus, multiplicando-o por 180 / pi e obtendo 0,266 graus, ou um quarto de grau. O diâmetro total do Sol é o dobro disso, ou cerca de meio grau.


Isso é óptica linear, o que deve ser bom. Seria interessante calcular o Ponto de Arago para vários Rd .
— Carl Witthoft

Eu considerei isso, mas não generaliza tão bem. A primeira que divide é que c não vai ficar a 80 km para discos maiores. Também não funciona perto do Sol, mas para este caso específico, isso é realmente tudo o que você precisa.
— SE - pare de disparar os mocinhos

A priori, você não pode saber que umaé de cerca de 150 milhões de km - por exemplo, e se o disco tivesse o mesmo diâmetro que o Sol? Em vez de,(Rd-r):(Rs-Rd)=c:(uma-b) e uma-bé a distância do Sol para o disco (de modo que é de aproximadamente 150 milhões de km)
— Hagen von Eitzen

Muito obrigado pela sua resposta ... Sua informação foi muito útil para mim. Eles confirmaram minha hipótese. Você acha que uma órbita inferior a 80 km poderia ser usada para colocar esse disco? Qual poderia ser a órbita mais baixa, na sua opinião, a visão circular de baixa altitude, na qual esse disco poderia ser colocado?
— Ion Corbu

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Essa é uma pergunta diferente, mas as coisas a 80 km não permanecerão em órbita por muito tempo devido ao arrasto atmosférico. Se você quiser explorar isso, faça uma pergunta separada.
— Uhoh

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Brincando com um sistema de álgebra computacional, o problema realmente tem uma solução exata, mas é feio o suficiente para que uma aproximação numérica muito mais simples seja mais prática.

Primeiro, precisamos encontrar o ângulo do pico do cone da sombra.

O pico, o centro do Sol e o ponto tangente ao Sol formam um triângulo com um ângulo reto. Portanto, metade do ângulo do pico pode ser expresso como:

v=pecado-1 1⁡(rsvocênrpeumak)

Nós não temos rpeumak, mas temos a distância do Sol à Terra, que é muito próxima. Isso pode nos dar uma primeira estimativa para o ângulo.

Para corrigir o ângulo, podemos calcular um novo rpeumak:

rpeumak=reumarth-orbEut-reuEO+rdEuskbronzeado⁡(v)

Usando o novo rpeumak calcular um novo v deve convergir muito rapidamente para o novo ângulo.

eu recebo v=0,004651

Agora, precisamos descobrir como esse cone de sombra se projeta na Terra.

Para calcular o raio do disco projetado, que tem seu centro um pouco abaixo da superfície, basta escalar o disco pela inclinação do cone e pela distância entre o disco, d.

rvocêmbruma=rdEusk-dbronzeado⁡(v)

Novamente, não temos exatamente d, mas a altitude orbital está muito próxima. Mas podemos usar orvocêmbruma estimamos que conseguimos obter uma melhor d:

d=reuEO-reumarth2-rvocêmbruma2

E mais uma vez, os valores devem convergir muito rapidamente.

eu recebo rvocêmbruma=4.628km

Para obter o raio na curva da Terra, você pode calcular o ângulo central e multiplicar com a circunferência da Terra, mas em 4 algarismos significativos, o resultado ainda é 4.628km


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Isso parece assumir que o Sun e o disco estão diretamente sobrecarregados. Quando isso não for verdade, o que ocorrerá na maioria das vezes, a sombra será mais parecida com uma elipse, mas, como a sombra estará mais distante do disco, a região da sombra completa poderá ser menor ou inexistente.
— Steve Linton

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De fato, assume que, como é o que o OP parece assumir em seu diagrama.
— SE - pare de demitir os mocinhos

Muito obrigado pela sua resposta ... Sua informação foi muito útil para mim. Eles confirmaram minha hipótese. Você acha que uma órbita inferior a 80 km poderia ser usada para colocar esse disco? Qual poderia ser a órbita mais baixa, na sua opinião, a visão circular de baixa altitude, na qual esse disco poderia ser colocado?
— Ion Corbu

Manter esse disco em órbita seria duas soluções: 1. O disco tem uma velocidade orbital de cerca de 21.000 km / hora. Ou seja, ele gira em torno da Terra em cerca de 90 minutos. Solução possível, mas isso não me interessa.
— Ion Corbu

2. Ter propulsores (termoquímicos, elétricos, eletromagnéticos, iônicos. Fotônicos) que seriam a força necessária para manter esse disco em órbita (80 km) acima de um ponto fixo. Para combater a força gravitacional. E para impedir que o disco entre em órbita e sua desintegração. O peso específico de disco tal poderia ser de cerca de 10 kg / m2
— Ion Corbu

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Vamos ver até onde chegamos sem uma calculadora (possivelmente apenas aproximadamente).

Aproximando o Sol como uma fonte pontual e infinitamente distante e o solo como plano, a sombra do disco é um disco afiado de diâmetro 10km. Mas o Sol não é uma fonte pontual. Do alto de nossa cabeça, podemos lembrar que o Sol (e a Lua) têm um diâmetro angular de cerca de meio grau. Convertido em radianos:1 12∘⋅π180∘≈0,009. Multiplique com o80km altitude para chegar a ≈700m como a espessura do anel penumbra, que tem o limite original do disco no meio, ou seja, a sombra central é ≈10km-700m larga e a penumbra até a borda externa é ≈10km+700m Largo.

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